La costruzione di un rivelatore di particelle "fatto in casa" non è una cosa semplice data la difficoltà di reperimento di materiali e i relativi costi. Nell‘ambito delle ricerche istituzionali INFN abbiamo realizzato un rivelatore a scintillazione compatto ed economico, basato su Arduino Due, che racchiude tutte le funzionalità di un moderno detector di fisica delle particelle. ArduSipM sarà utilizzato dalla scuola di Fermo vincitrice del CERN beamline for schools 2017 nel loro esperimento al CERN per la rivelazione della radiazione Cherenkov. Durante la giornata verrà mostrato come assemblare il rivelatore, come utilizzare i programmi di acquisizione e controllo, verranno spiegate le sue funzionalità e si imparerà come usarlo in esperienze didattiche per la rivelazione di raggi cosmici o misure di radiazione ambientale.
Il Kit, completo di tutto il necessario, è acquistabile da terze parti sotto licenza INFN https://www.asimmetrie.it/as-illuminazioni-rivelatori-fai-da-te

Aula B1
Ed. 36

Il nostro mondo è popolato da tanti e diversi tipi di materiali: ciò che sorprende è che questa grande varietà di materia sia composta di pochi e relativamente semplici elementi chiamati atomi. Gli atomi, con la loro dimensione di frazioni di nanometro (un decimo di miliardesimo di un metro) sono invisibili anche al migliore microscopio ottico. Per “vedere” gli atomi ed esplorare il mondo al di là delle sue proprietà macroscopiche, è necessaria una luce che non è quella visibile. Questa luce, o meglio i raggi X, hanno una lunghezza d‘onda ben più corta della radiazione visibile e quindi adatta a studiare elementi piccoli come gli atomi. Gli acceleratori di particelle nati per studiare la fisica fondamentale, sono nel tempo diventati anche ottime sorgenti di luce (luce di sincrotrone) e in particolare di raggi X. Studieremo l‘evoluzione delle sorgenti di luce di sincrotrone, le loro caratteristiche e le nuove prospettive di ricerca che si aprono anche nell‘ambito degli studi sulla struttura atomica della materia.

BRUNO, PIERRE E IL MISTERO DELLA CARICA PERDUTA: PERCORSO STORICO E SPERIMENTALE ALLA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI.
M. Beretta, G. Felici, C. Gatti, G. Maccarrone, G. Mancini

Nel 1785 Coulomb osserva che corpi carichi isolati perdono la carica spontaneamente. Come mai? Ci vorrà più di un secolo per risolvere questo mistero e scoprire il "colpevole". Partendo da questo aneddoto ripercorreremo una storia fatta da viaggi con palloni, immersioni sott‘acqua, lingotti d‘oro ed esperimenti sotto i bombardamenti, che porto' alla scoperta dei raggi cosmici e alla nascita della moderna fisica delle particelle. Seguendo le impronte di protagonisti come Bruno Rossi e Pierre Auger ripeteremo, nei limiti di tempo a noi concessi, alcune delle esperienze che portarono a queste grandi conquiste utilizzando rivelatori a scintillazione e altra strumentazione di laboratorio.

SULLE TRACCE DELLE PARTICELLE: LA COSTRUZIONE DI UNA CAMERA A NEBBIA. PROPOSTA DIDATTICA PER DIVENTARE DEI "DETECTIVE DELLE PARTICELLE"
C. Curceanu, R. Fabrianesi, R. Giovannucci, L. Ronci, C. Ruiz

Con materiali relativamente poveri si può costruire una camera a nebbia con un costo contenuto. Le tracce delle particelle (da una sorgente oppure raggi cosmici) possono essere così viste e i principi della rivelazione delle particelle dimostrati sul campo e discussi. Verrà presentato il funzionamento e la costruzione di una tale camera a nebbia, assieme alla fisica delle particelle (inclusi i raggi cosmici e sorgenti) che la descrive. Un tale progetto può essere facilmente riprodotto a scuola dove i ragazzi possono divertirsi, diventando dei "detective delle particelle".

NANOTECNOLOGIA E STRUMENTAZIONE AVANZATA
S. Bellucci, S. Bistarelli, A. Cataldo
Si presenteranno le recenti innovazioni nel campo della nanotecnologia, con particolare riferimento alle movimentazioni di campioni all‘interno delle camere da vuoto, con risoluzione dell‘ordine del nanometro. Le applicazioni di elezione spaziano dalla biomedicina all‘elettronica (in particolare la sensoristica), all‘aerospazio. Verranno illustrate le principali tecniche di caratterizzazione di materiali avanzati e dispositivi nanostrutturati, tramite microscopia elettronica e spettroscopia.

SISTEMI FOTOVOLTAICI
P. Bernardoni

I partecipanti saranno coinvolti in un progetto sui concentratori solari a luminescenza (LSC), ovvero pannelli fotovoltaici traslucidi, che permettono di catturare una porzione della radiazione solare e creare effetti luminosi dall‘elevato valore architettonico. Questi concentratori sono stati sperimentati nella competizione internazionale Solar Decathlon Europe 2014 e costituiscono una interessante soluzione per la realizzazione di facciate e smart-windows.

L'ELETTRONICA NEL MONDO DELLA FISICA DELLE PARTICELLE: DAI PRIMI ESPERIMENTI DI ALTE ENERGIE FINO AI NOSTRI TEMPI
P. Albicocco, E. Capitolo, M. Gatta, R. Messi, M. Poli Lener

L‘evoluzione storica dell‘elettronica ha permesso di realizzare esperimenti sempre più complessi grazie alla notevole riduzione dei costi e alla sempre maggiore integrazione dei componenti.
La digitalizzazione dell‘informazione e lo sviluppo dell‘elettronica di consumo permettono anche la realizzazione di semplici esperimenti a bassissimo costo.
Realizzeremo due esperienze di fisica fondamentale relative alla misura di due costanti universali allo scopo di dimostrare come sia semplice usare elettronica e informatica insieme, la costante di Planck e la costante di gravitazione universale. Le esperienze proposte sono basate sul concetto di un elettronica “opensource” a basso costo che ne consente una facile riproduzione in ambito scolastico.
Non si richiedono competenze particolari è sufficiente una conoscenza basilare di Fisica e Matematica.

TECNICHE DI DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI: applicazioni della spettroscopia infrarossa allo studio della sezione stratigrafica di un'opera d'arte. Applicazione dei raggi X
M. Cestelli Guidi, M. Romani

Il gruppo lavorerà sulla caratterizzazione, tramite spettroscopia infrarossa e tecniche di Imaging, dei materiali che compongono le sezioni stratigrafiche di un dipinto. Nella prima parte della giornata verranno presentate le caratteristiche della luce di sincrotrone nell‘infrarosso ed i suoi vantaggi nello studio dei manufatti artistici e l‘applicazione delle tecniche di Imaging Multispettrale nello studio di opere d‘arte. Nel pomeriggio l‘attività si sposterà nel laboratorio di luce di sincrotrone dove si potrà realizzare una misura di microscopia infrarossa su provini e su campioni prelevati da opere d‘arte per la generazione delle immagini stratigrafiche.

Lab. Dafne Luce
Ed. 12

MECCANICA QUANTISTICA
S. Bertelli, M. Iannarelli, E. Turri

Il percorso proposto è dedicato all‘introduzione dei temi che hanno portato allo sviluppo della meccanica quantistica e verrà strutturato in una parte teorica e in una parte sperimentale. Gli argomenti trattati saranno: crisi della meccanica classica, spettri atomici, corpo nero ed effetto fotoelettrico, scoperta della radioattività, dualismo onda-corpuscolo e fisica dell'elettrone. Nella sessione sperimentale verrà realizzata la misura della costante di Planck a partire dalla misura della tensione di conduzione di due LED che emettono su lunghezze d‘onda diverse e verranno presentati alcuni esperimenti chiave della meccanica quantistica analizzandoli anche dal punto di vista didattico.

Aula Seminari
Ed. 36

SIR ISAAC NEWTON E LA MELA DIGITALE
B. Sciascia, M. Giordano

Sempre più spesso si sente parlare di coding e pensiero computazionale nella scuola, ma poco spesso ci si occupa dell‘introduzione della programmazione nella didattica curricolare della scuola superiore, supponendo che resti appannaggio degli istituti di indirizzo tecnologico. In questo gruppo di lavoro dimostreremo che il coding, oltre ad essere uno strumento universale di apprendimento, è un metodo di lavoro che può arricchire lo studio della fisica restituendole il suo valore primario, ovvero quello di un sistema scientifico di ideazione e validazione di modelli di fenomeni della realtà. Il corso si basa sull‘esperienza di una masterclass condotta nel marzo scorso presso i Laboratori Nazionali di Frascati con 42 ragazze e ragazzi di scuole superiori (e - in via sperimentale - 3 insegnanti). Adottando lo stesso approccio basato sul creative learning , faremo un‘esperienza pratica di avvicinamento graduale alla programmazione ad oggetti, con l‘obiettivo di simulare, in un universo tempo-discreto, la legge di gravitazione universale. (Alla fine della giornata verrà fornito il codice sorgente completo in modo da poterlo
studiare/elaborare e usare con le classi.) Come ambiente di sviluppo useremo Processing , un linguaggio di programmazione progettato e realizzato al Media Lab del Massachusetts Institute of Technology per la didattica del coding e che oggi è un progetto open source utilizzato e sostenuto da decine di migliaia di appassionati, designer e artisti digitali. Il linguaggio, nella logica e nei costrutti, è molto simile a Java, ma, a differenza di questo, molto più semplice nella sintassi e più immediato nella possibilità di realizzare in poco tempo programmi, simulazioni ed animazioni interattive.

CARATTERIZZAZIONE DI MATERIALI MEDIANTE DIFFRATTOMETRIA A RAGGI X
G. Cappuccio, C. Veroli

L‘esperimento vuole illustrare le possibilità analitiche offerte dalla diffrattometria a raggi X per l‘analisi dei materiali solidi e delle polveri. Presso il laboratorio "XLab" verrà svolta la parte sperimentale, illustrando l‘apparato sperimentale e raccogliendo il diffrattogramma di un campione. La lezione introduttiva alle tecniche di diffrazione con sorgenti tradizionali sarà completata presentando i vantaggi analitici derivanti dall‘utilizzo della Luce di Sincrotrone. In particolare verranno presentate alcune problematiche con riferimento al settore dei beni culturali. Sarà distribuita ampia documentazione e bibliografia.

A CACCIA DI ONDE GRAVITAZIONALI: DALLE BARRE AGLI INTERFEROMETRI
V. Fafone, M. Iannarelli, M. Lorenzini, A. Rocchi

I rivelatori gravitazionali hanno subito una grande evoluzione negli ultimi decenni. Da quelli risonanti, che utilizzavano come elementi sensibili cilindri delle dimensioni di circa tre metri di lunghezza e 60 centimetri di diametro, del peso di due tonnellate, raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Fino a quelli interferometrici, che hanno portato alla prima rivelazione delle onde gravitazionali. Nuovi miglioramenti sono previsti nel futuro e molte delle tecniche usate nelle barre (come l‘uso di basse temperature o di materiali innovativi) dovranno essere rimesse in campo. Ad esempio, il materiale utilizzato nelle barre è una lega di alluminio, con speciali caratteristiche meccaniche e termiche. Nel corso dell‘esperienza, dopo aver discusso le principali caratteristiche di un rivelatore gravitazionale risonante, si misureranno alcune delle proprietà dei materiali utilizzati, sia a temperatura ambiente che alla temperatura dell‘azoto liquido.

TECNOLOGIE DI CHANNELING AVANZATE: DAGLI ONDULATORI DI CRISTALLO ALLE GUIDE D'ONDA CAPILLARI
C. Azzutti, S. B. Dabagov, D. Hampai

Questo seminario descriverà ai partecipanti lo stato degli studi presenti e gli eventuali possibili sviluppi futuri nelle tecnologie di channeling applicate alla fisica dei raggi X (per la maggior parte ottiche policapillari a raggi X applicate alle tecniche CT, XRF, TXRF). Una volta introdotto l‘argomento, i partecipanti saranno invitati a seguire varie attività sperimentali e tecnologiche a XLab Frascati dei Laboratori Nazionali di Frascati. Il Channeling è un fenomeno ben noto correlato al moto di particelle cariche in cristalli allineati. Recenti studi hanno dimostrato la fattibilità di applicare i fenomeni di channeling per la descrizione di altri diversi meccanismi di interazione tra particelle cariche e neutre in solidi, plasmi e campi elettromagnetici dagli studi basati su ondulatori di cristalli, collimatori e acceleratori fino ad elementi ottici per raggi X e neutroni basati su sistemi di capillari.